Основы DC/DC преобразователей
Электронные системы питания составляют неотъемлемую часть огромного количества устройств, которые мы используем ежедневно. Портативные электронные устройства, такие как сотовые телефоны и ноутбуки, не работают без ключевого электронного компонента питания, называемого преобразователем.
Из-за огромного количества подсхем, присутствующих в этих сложных устройствах, необходимо учитывать различные требования к напряжению, которые не совпадают с требованиями к батарее или источнику переменного тока, который питает устройство. Именно здесь пригодятся DC/DC преобразователи или преобразователи постоянного тока, которые предлагают способы повышения или понижения напряжения в зависимости от требований, как показано на следующем рисунке.
Они также компенсируют напряжение системы, когда напряжение батареи снижается из-за утечки энергии, делая систему более эффективной, экономичной и компактной. Читайте дальше, чтобы узнать больше об истории преобразователей постоянного тока, о том, как они работают и как они помогают создавать сложные системы.
История DC/DC преобразователей
Когда полупроводниковая технология находилась на начальном этапе, преобразование напряжения питания постоянного тока (DC) в более высокое напряжение осуществлялось путем промежуточного преобразования его в переменный ток (AC) с использованием вибратора, повышающего трансформатора и выпрямительного узла. Это возможно для маломощных приложений.
Однако для приложений с более высокой мощностью требовался электродвигатель для привода генератора подходящего напряжения. Оказалось, что такие процессы отнимают много времени на процедуры настройки, сопряжены с непомерными затратами и в целом менее эффективны.
С появлением полупроводниковых устройств и интегральных схем схемы преобразования можно было эффективно разрабатывать и внедрять, поскольку компоненты были компактными, экономически выгодными и доступными. Самым большим преимуществом была возможность разрабатывать энергоэффективные процессы с использованием твердотельного преобразования режимов переключения, в отличие от устаревших методов, которые рассеивали избыточную энергию в виде тепла.
Что такое преобразователь энергии
Преобразователь энергии представляет собой устройство, которое непрерывно преобразует один вид энергии в другой. Существует несколько таких устройств различной степени сложности, надежности и производительности. Кроме того, механизмы преобразования энергии могут происходить в различных формах, включая механические, химические и электрические процессы. Для приложений в силовых электронных системах предпочтительны преобразователи, способные выполнять динамическое преобразование энергии с использованием электрических процессов. Компоненты, обычно используемые для этой цели, включают в себя переключатели, а также пассивные компоненты, такие как катушки индуктивности, конденсаторы и трансформаторы. При этом избегают использования резисторов, чтобы уменьшить возможные потери мощности. То, как эти компоненты взаимосвязаны, зависит от желаемого метода передачи энергии.
Простейшей формой преобразования энергии было бы преобразование многофазного переменного напряжения одной величины, фазы и частоты в другую величину, фазу и частоту. В этом смысле вход или выход постоянного тока можно рассматривать как переменный ток с нулевыми фазами и частотой. Преобразователь постоянного тока представляет собой электронную схему, которая облегчает преобразование постоянного тока с одного уровня напряжения на другой в зависимости от требований. Этот преобразователь электроэнергии способен работать в широком диапазоне уровней мощности от очень малой мощности, например, в случае аккумуляторов, до очень большой мощности, например, в случае крупномасштабных систем передачи электроэнергии высокого напряжения.
Некоторые образцы готовых схем преобразователя постоянного тока показаны на следующем рисунке. Преобразователь постоянного тока может эффективно вырабатывать регулируемое напряжение от источника, который может или не может управляться на постоянную или переменную нагрузку, тем самым обеспечивая надлежащее регулирование системы в дополнение к желаемое изменение уровня напряжения.
Базовый принцип работы DC/DC преобразователя
В схемах DC/DC преобразователя используется высокочастотное преобразование мощности с использованием силовых ключей и пассивных компонентов для устранения коммутационного шума и регулирования выходного напряжения. Расположение элементов накопления энергии определяется требованием повышения или понижения и конкретным применением.
Генератор с питанием от постоянного тока можно использовать для управления простой диодно-конденсаторной цепью умножителя напряжения, преобразователем напряжения с конденсатором, зарядным насосом с диодным управлением или повышающим трансформатором вместе с выпрямительной цепью. Именно так работает большинство электронных преобразователей постоянного тока.
Основная идея работы схемы DC/DC преобразователя заключается в том, что катушки индуктивности и конденсаторы, используемые в схеме, должны каким-то образом образовывать схему фильтров нижних частот. Это помогает свести к минимуму или устранить возможное наложение пульсаций переменного тока или других составляющих на выходное напряжение, формируемое за счет коммутационного действия.
Выводы
- Преобразователь энергии – это устройство, которое непрерывно преобразует один вид энергии в другой.
- DC/DC преобразователь представляет собой электронную схему, которая облегчает преобразование постоянного тока с одного уровня напряжения на другой в зависимости от требований.
- В схемах DC/DC преобразователя используется высокочастотное преобразование энергии с использованием ключей и других пассивных компонентов для устранения коммутационного шума и регулирования выходного напряжения.
© digitrode.ru